Riduzione della pressione e cavitazione – Le vostre domande risposte

L’ottimizzazione dei valori di pressione e portata è parte integrante della progettazione di un sistema di irrigazione. Con fluttuazioni costanti e spesso significative della portata richiesta e della pressione di alimentazione, le valvole e gli altri componenti devono garantire un controllo dinamico della pressione e della portata su tutto il sistema.

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Nel webinar di BERMAD, “Riduzione della pressione e prevenzione della cavitazione nei sistemi di irrigazione”, il nostro Global Irrigation Unit Manager, Yiftah Enav, ha presentato i principi, i metodi, i sistemi e le soluzioni BERMAD per la riduzione della pressione e la prevenzione della cavitazione. Yiftah ha condiviso utili approfondimenti sulla scelta delle valvole di controllo per la riduzione della pressione (PRV) più efficaci per garantire prestazioni a lungo termine e risparmio sui costi.

Durante il webinar sono state affrontate domande riguardanti la teoria della cavitazione, l’erosione, la velocità, il ΔP e la pratica di selezionare, combinare e allocare efficacemente le valvole di controllo per la riduzione della pressione:

D: Qual è la differenza tra valvole riduttrici di pressione e valvole riduttrici di pressione proporzionali?

A: Le valvole riduttrici di pressione (PRV) sono regolabili e sono impostate per ridurre costantemente una pressione a monte più elevata a una pressione a valle costante più bassa, indipendentemente dalle variazioni della pressione a monte e/o della portata richiesta.

Le valvole di riduzione proporzionale della pressione (PPRV) non includono un pilota e quindi non sono regolabili. In base al rapporto tra le aree effettive del loro diaframma e della chiusura, le PPRV riducono continuamente una pressione a monte più elevata a una pressione a valle più bassa secondo un rapporto costante.

Solo le valvole a doppia camera possono fungere da PPRV.

D: Per tutte le dimensioni, il fattore di riduzione PD è 2,5?

A: Il fattore di riduzione PD è 2,5 nella maggior parte delle serie e delle dimensioni; tuttavia, il fattore di riduzione può variare e può essere consultato sul nostro sito web, nei listini prezzi e nelle pagine prodotto pertinenti. Fare riferimento alla tabella dei rapporti di riduzione relativa a ciascuna dimensione e serie di valvola (100, 700).

D: Possiamo utilizzare le valvole riduttrici di pressione per ridurre la pressione statica? Una valvola riduttrice di pressione può funzionare in assenza di flusso?

A: Sì. Quando la portata richiesta scende a zero, per un attimo il flusso che raggiunge la linea attraverso la valvola di riduzione della pressione (PRV) è maggiore rispetto al flusso in uscita dalla linea (che è zero). Di conseguenza, la pressione si accumula e aumenta leggermente nella linea a valle della PRV. Il pilota della PRV rileva una pressione superiore al valore di regolazione e chiude la PRV, “cercando” di riportare la pressione al valore impostato. Poiché la portata è zero (terminale cieco), anche quando la valvola è chiusa a tenuta stagna, la pressione rimarrà leggermente superiore al valore di regolazione (supponendo l’assenza di perdite), garantendo che la PRV resti chiusa.

D: È stato affermato che non è sempre possibile per la valvola di riduzione della pressione (PRV) mantenere la pressione P2 quando il flusso si interrompe improvvisamente, rispetto a una PRV a comando diretto. Per questo motivo, è necessaria una valvola di sfioro a valle della PRV. Qual è la vostra risposta a questa affermazione?

A: I riduttori di pressione a comando diretto possono essere più rapidi rispetto a quelli idraulici, ma sono chiaramente inferiori in termini di perdita di carico, funzionalità aggiuntive (anche apertura/chiusura), sensibilità, precisione, manutenzione e richiedono comunque una valvola di sicurezza per proteggere il sistema nel caso in cui i DPRV si blocchino o non garantiscano la tenuta.

Per accelerare il tempo di risposta, è possibile aggiungere un pilota di pressione a valle oppure, preferibilmente, utilizzare una valvola di riduzione della pressione a doppia camera.

D: Abbiamo impostato la valvola di riduzione della pressione (PRV) su P1 per mantenere la pressione P2 richiesta. In questa condizione, P1 è conforme al progetto (teoricamente), ma in realtà P1 varia a causa del funzionamento parziale dell’area, della variazione della domanda, del funzionamento della pompa o di perdite. Qual è la pressione P2 in questa condizione? Cambia (aumenta)? È necessario recarsi nuovamente in sito per regolare la pressione o si mantiene automaticamente la pressione P2? Inoltre, cosa succede al flusso durante le variazioni quando P1 cambia?

A: Le valvole di riduzione della pressione sono controllate continuamente da un pilota di riduzione della pressione che rileva solo P2. Le variazioni di richiesta e/o di P1 che influenzano P2 vengono immediatamente rilevate dal pilota, che fa sì che i suoi dispositivi interni cambino posizione e regolino istantaneamente la valvola chiudendola (in caso di aumento di P2) o aprendola (in caso di diminuzione di P2) per raggiungere il valore impostato dal pilota.

Il flusso è determinato dagli erogatori e dalle uscite del sistema, non dalla valvola di riduzione della pressione (PRV). Infatti, la PRV regola automaticamente il proprio grado di apertura in base alla richiesta effettiva (& P1), evitando di essere “troppo aperta” o “troppo chiusa” per mantenere sempre il valore di regolazione P2.

D: Quali sono le differenze pratiche tra i PRV con controllo a due vie e a tre vie?Poiché un circuito a tre vie è ventilato verso l’atmosfera, influirà sulla stabilità di regolazione di una valvola azionata a diaframma?

A: Un circuito a tre vie è caratterizzato dal fatto che il pilota “seleziona” il percorso dell’acqua: da P1 al controllo (chiusura) o dal controllo allo sfiato (apertura). Questo comporta l’utilizzo di un volume molto ridotto di acqua di controllo e si traduce in due comportamenti differenti:

• Isteresi (poiché è necessario che una certa variazione si “accumuli” prima che il pilota “commuti”), considerata meno sensibile ma nei piloti di alta qualità è sufficientemente ridotta. L’isteresi stessa è talvolta essenziale per eliminare l’oscillazione della pressione nella linea, “interrompendo” la catena di reazione nel sistema.
• Completamente aperta alla caduta di pressione (poiché il pilota è in fase di sfiato, “annullando” tutte le forze di chiusura), il che consente un risparmio energetico. Lo sfiato in atmosfera a volte porta a un’apertura eccessivamente rapida, causando instabilità. Questo può essere facilmente risolto applicando un gocciolatore o un’altra restrizione all’estremità del tubo di sfiato.

 

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D: Qual è la perdita di pressione +/- attraverso un circuito di controllo a 2 vie?

A: Un circuito a due vie è caratterizzato da un flusso continuo da P1 attraverso una restrizione nella camera di controllo, mentre il pilota “collega” la camera di controllo a valle della valvola, rilasciando la pressione della camera finché la valvola rimane aperta. Questo comporta un volume relativamente elevato di acqua di controllo (0,2-0,5 m³/h; 0,9-2,2 gpm) e determina una sensibilità all’acqua sporca con i seguenti comportamenti idraulici:

• Isteresi quasi nulla poiché lo spostamento richiesto dal pilota per aumentare (apertura) o diminuire (chiusura) il flusso di rilascio è insignificante e quindi immediato. Sebbene ciò sia un vantaggio, a volte risulta troppo sensibile e porta a fenomeni di oscillazione.
• Perdita di carico aggiuntiva (3-5 m; 4,4-7 psi) generata dalla forza della molla + P2 nella camera di controllo. Questa perdita di carico aggiuntiva scompare quando la velocità di flusso nella valvola supera ~2 m/s; 6,6 ft/s e la forza di apertura della valvola (dovuta a ΔP) supera la forza della molla della valvola principale.

D: Quali sono i criteri di dimensionamento per la restrizione dell’ingresso del circuito nel controllo a 2 vie?

A: La restrizione di controllo a due vie dovrebbe essere più piccola rispetto al percorso dell’acqua nel pilota per consentire una regolazione stabile e precisa, con la minima perdita di carico aggiuntiva possibile e un tempo di reazione sufficiente. Possiamo dire che il criterio è la dimensione del percorso dell’acqua nel pilota, che è collegata alla dimensione della valvola.

D: Per quali tipi di applicazioni possono essere utilizzate le valvole di riduzione proporzionale della pressione?

A: Condotte in discesa per gravità e/o quando il ΔP richiesto è elevato e richiede una riduzione della pressione in due stadi per proteggere le valvole da erosione e cavitazione e per fornire una protezione di backup al sistema.

D: Durante l’alimentazione a valle da un serbatoio di compensazione verso più piccoli serbatoi di irrigazione (cioè scarico diretto in atmosfera come spiegato nel caso dei serbatoi di rottura di pressione), quali tipi di valvole riduttrici di pressione (PRV) possono essere utilizzati? Può fornire qualche chiarimento in merito?

A: La soluzione consigliata per sostituire i serbatoi di rottura di carico (PBT) è l’applicazione delle valvole di riduzione della pressione (PPRV), che offre i seguenti vantaggi:

• Nessuna valvola di controllo livello
• Infrastruttura economica
• Nessuna pressione “0” a valle
• Risposta immediata – doppia camera
• Esente da manutenzione – senza piloti, restrizioni o filtri
• Nessuna contaminazione

Tuttavia, poiché il rapporto di riduzione della PPRV è costante, quando la pressione a monte diminuisce a causa delle perdite di carico per attrito nella linea, anche la pressione a valle diminuisce. Poiché la portata richiesta per l’irrigazione varia, è necessario posizionare le PPRV in base alle differenze di quota (pressione massima a monte) e all’effettiva prevalenza alla massima portata/perdita per attrito (pressione minima a monte). Poiché ogni PPRV determina la pressione per la PPRV successiva, il calcolo progettuale risulta piuttosto complesso. BERMAD ha sviluppato un file Excel che considera tutti i parametri come strumento di supporto alla progettazione.

D: Quali restrizioni devono essere utilizzate per le PPRV?
R: Le PPRV non richiedono alcuna restrizione.

D: È possibile progettare una valvola riduttrice di pressione basandosi sulla portata come variabile invece che sulla pressione di uscita? In alcuni casi, come una linea a gravità, si può utilizzare una valvola di limitazione/controllo della portata come alternativa alla valvola riduttrice di pressione?

A: Diversi aspetti devono essere considerati riguardo alla pressione e al flusso nelle valvole di riduzione della pressione:

• Le valvole di riduzione della pressione rilevano solo la pressione a valle (P2). Il flusso è determinato dal consumo d’acqua del sistema a valle della valvola di riduzione (emettitori, serbatoi, villaggi, ecc.). Se il flusso richiesto aumenta e P2 diminuisce, la valvola di riduzione “cercherà” di riportare P2 al valore impostato aprendosi (consentendo un maggiore flusso). Se il flusso richiesto diminuisce e P2 aumenta, la valvola di riduzione si chiuderà parzialmente per riportare P2 al valore impostato (consentendo un minore flusso).
• È possibile convertire la PRV in una Valvola di controllo portata (FCV) oppure aggiungere una funzione di controllo portata a una PRV, rendendola una valvola di riduzione e controllo portata.
• L’FCV è molto simile alla PRV ma, invece di rilevare la P2, il pilota dell’FCV rileva ΔP o ΔF (che rappresenta l’“espressione” idraulica della portata) attraverso una flangia tarata, un tubo di Pitot o una paletta posizionati all’interno del flusso. Se la richiesta supera il valore impostato (anche quando la pressione è bassa), l’aumento della velocità del flusso farà aumentare ΔP o ΔF e l’FCV si chiuderà parzialmente per limitare la portata al valore impostato.
  

  

• Aggiungere una funzione di controllo della portata a una valvola riduttrice di pressione (PRV), trasformandola in una valvola di riduzione della pressione e controllo della portata, significa avere due piloti diversi sulla stessa valvola. Uno controlla la portata rilevando ΔP o ΔF attraverso
• una flangia tarata, un tubo di Pitot o una paletta; l’altro rileva P2 e controlla la valvola di conseguenza.
  

  Se la richiesta aumenta e P2 diminuisce, il pilota di portata prenderà il controllo per limitare la portata al valore impostato. Se la richiesta diminuisce, il pilota di portata permette alla valvola di aprirsi. Se P2 aumenta, a causa di un aumento di P1 o di una diminuzione della richiesta, il pilota riduttore prenderà il controllo e farà chiudere la valvola.

  
  

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• Quando il pilota di portata è in controllo, la valvola si chiude, causando una caduta di P2 a volte al di sotto del valore impostato dal pilota riduttore, che non domina la valvola e non può aumentare P2 finché la richiesta rimane superiore al valore impostato dal pilota di portata. Per questo motivo, si raccomanda di impostare il pilota di portata al 15-20% in più rispetto alla portata nominale della linea.

D: Abbiamo installato quattro valvole all’ingresso del chak (blocco principale) dove la pressione in ingresso (P1) è di 60 m e le 4 valvole dei sub-chak (appezzamenti) hanno diverse esigenze di pressione (P2) (cioè P2 per la Valvola 1 = 35 m, Valvola 2 = 25 m, Valvola 3 = 45 m, Valvola 4 = 50 m). La lunghezza, il diametro e la quota della tubazione di distribuzione dei sub-chak variano, ma è richiesto lo stesso flusso all’estremità finale di ciascuna uscita dei sub-chak. Quindi, è possibile mantenere lo stesso flusso all’estremità finale dell’uscita dei sub-chak quando P1 è costante ma P2 varia?

A: La risposta dipende dal fatto che l’irrigazione sia pressurizzata e venga effettuata tramite gocciolatori, irrigatori o getti (qualsiasi emettitore con portata nota), oppure se si tratta di irrigazione a scorrimento, dove l’estremità della tubazione di distribuzione è aperta all’atmosfera.

• Nell’irrigazione MIS in pressione, il flusso è determinato dal flusso cumulativo di tutti gli erogatori dei sotto-chak e viene mantenuto finché P2 è conforme al progetto e non si è verificata alcuna rottura.
• Nell’irrigazione a scorrimento, la riduzione della pressione è irrilevante poiché l’estremità della linea è aperta. La soluzione corretta è una valvola di controllo della portata che lascerà una bassa pressione nella linea di distribuzione (perdita di carico per attrito alla portata data + dislivello).

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D: Possiamo modificare da remoto la regolazione della valvola PRV per pressione e portata?

A: Le valvole di riduzione della pressione (e tutte le valvole di controllo idraulico) possono accettare due piloti impostati su pressioni diverse. L’installazione di un solenoide per “selezionare” tra i piloti consente di passare da un regime di pressione all’altro da remoto.

Altre opzioni richiedono l’aggiunta di dispositivi sul pilota per consentire la regolazione dinamica da remoto. Questo richiederà anche controller speciali per abilitare il controllo analogico.

D: Qual è l’intervallo ottimale di corsa della valvola nelle valvole idrauliche di riduzione della pressione?

A: Da qualche parte tra il 15% e il 30% a seconda del tipo di valvola, delle condizioni di pressione e portata, del tempo di funzionamento annuale e di altri fattori. L’applicazione di un otturatore di regolazione a V costringe la valvola di riduzione della pressione (PRV) ad aprirsi di più per gestire meglio le basse portate. Questo permette alla PRV di rimanere aperta circa al 15% anche quando la velocità del flusso scende a circa 0,5 m/s.

D: In una rete di distribuzione con pompaggio diretto, come reagirà la valvola di riduzione della pressione (PRV) in caso di interruzione di corrente e improvviso aumento della pressione a monte? Sarà in grado di mantenere la pressione P2 a valle?

A: La questione è complessa, poiché le interruzioni di corrente possono verificarsi in diversi scenari. Supponendo che la domanda si riferisca a una valvola di riduzione della pressione (PRV) su una delle uscite di una linea principale che collega la pompa a un serbatoio, possiamo aspettarci che la PRV si apra quando la pressione diminuisce a causa di un’onda negativa. In questo caso, probabilmente non si chiuderà abbastanza rapidamente per mantenere P2 nel caso in cui si verifichi un’onda positiva.

D: La valvola della serie 400 (a camera singola, modello a globo) può essere utilizzata per applicazioni di riduzione della pressione? In tal caso, sarà più soggetta a cavitazione rispetto alle valvole a Y (serie 100 e 700)?

A: La serie 400 può essere utilizzata per applicazioni di riduzione della pressione. Infatti, la maggior parte delle applicazioni PRV in metallo nell’irrigazione viene realizzata tramite la Serie IR-400 o altre valvole a camera singola. La Serie IR-400 non include una sede rialzata, il che le rende meno resistenti ai danni da cavitazione rispetto alla Serie IR-100, poiché è realizzata in materiale composito, e rispetto alla Serie IR-700 che incorpora una sede rialzata in acciaio inox. Il modello a Y contribuisce inoltre a una migliore resistenza alla cavitazione e a prestazioni di flusso superiori di circa il 25% rispetto alle valvole globe standard.

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